彩色光谱共焦传感器误差溯源及其校准方法分析

针对国内光谱共焦传感器校准方法不统一、计量特性难以比较等问题,提出3种基于精密标准器的光谱共焦传感器校准方法,并基于此开展校准和计量特性评定.分别采用精密位移台、高精度测长仪与激光干涉仪3种标准器对光谱共焦传感器的基本误差、线性度、重复性、回程误差等参数进行校准,3种方法所测某种光谱共焦传感器的最大误差分别为2.76,...     

两维荧光光谱技术及最佳光谱分辨率设计

研究和发展了一种两维荧光光谱测量及成像技术,讨论获得两维空间离散点的最佳光谱分辨率的方法.该技术以棱镜色散原理为基础,利用微透镜阵列实现对样品的离散化照明,充分发挥光学系统固有的并行处理能力,实现了在一个面阵探测器上同时记录两维空间的荧光光谱图像.与逐点扫描方法相比,该技术的扫描效率随激发点数线性提高,具有快速测量、高空间和高光谱分辨的特点,可用于生物医学领域.     

透镜中心厚度测量方法及装置的研究

基于光学共焦法测量透镜厚度的原理,设计一套快速、非接触、高精度的透镜中心厚度测量系统,并与二维移动平台机械配合。测厚系统在计算机控制下,按具体算法进行分析,最终测量出透镜的中心点。实验结果表明,本系统的测量范围不小于15mm,测量精度±1μm,满足透镜中心厚度测量精度的要求,可以有较为广泛的应用。     

共焦生物芯片扫描系统的光学信息量

从光学信息量的表达式出发,研究了激光光斑尺寸和探测器小孔尺寸对共焦生物芯片扫描系统的扫描分辨率及信噪比的影响,并定量分析了在获取生物芯片图像过程中,共焦扫描系统的扫描分辨率和信噪比对光学信息量的制约关系.结果表明,为了获得尽可能大的光学信息量,必须保证激光光斑尺寸小于系统的扫描分辨率,并根据激光光斑尺寸合理地选择共焦扫描系统的扫描分辨率和探测器小孔尺寸.理论分析和实验结果表明,当扫描分辨率大于扫描激光光斑的1.2倍,且探测器小孔尺寸为扫描激光光斑的1.5～2.0倍时,系统的光学信息量较大.     

大量程光学共焦跟踪式三维弹头痕迹检测仪

新研制了一种大量程光学共焦跟踪式非接触三维弹头痕迹检测仪,介绍了这个测量系统的原理、结构、控制以及实验结果.该系统采用了光学共焦跟踪式微位移器,垂直分辨率为0.01μm,测量范围为±200μm,通过量程扩展到±1000μm,它的圆周分辨率为50″,轴向步距为1.25μm.另外,还采用光学聚焦测量方法的某些措施和数字伺服来克服光学共焦跟踪式微位移传感器的短处,即形貌垂直方向的允许阶跃变化量从每步±20μm增加到每步±80μm.该系统可以完整地获取弹头发射痕迹的真实形状,提供了部分测量数据和弹头痕迹的拟实图片.     

共焦柱面准光谐振腔回旋管研究

推导了共焦柱面准光波导的传输方程,对采用共焦柱面准光腔作为谐振腔的准光腔回旋管进行了理论研究,数值计算结果与实验结果相吻合。结果证明,共焦柱面准光波导的模式间隔度大,通过调节镜面宽度可调节腔内各模式的衍射损耗,使腔体内仅有TE0n模式可稳定存在,进而提高波导内工作模式的分割度。利用共焦柱面准光谐振腔替代传统回旋管的圆柱波导谐振腔,可大大降低回旋管中的模式竞争问题。在该结构中,n=1, 3, 5…模式可有效地实现二次谐波工作。     

多波长消色差全介质超透镜设计

介质超透镜因为其超薄、紧凑、且在波长尺度以下的单层平面结构特性引发了很多团队进行研究。然而,由于天然材料的原因,其色散问题非常明显,相比于传统透镜消色差的方法,超透镜的消色差避免了其他像差的干扰,同时结构也不会那么笨重。通过精心设计多个纳米柱结构,可以在不同波长下独立工作,从而实现良好的色散控制。设计了一个全介质超透镜,其NA为0.562 3,FWHM分别为464.2 nm,485.5 nm,583.1 nm。利用几何相位调控实现了对三个波长(473 nm,532 nm以及632.8 nm)的消色差设计。此超透镜的设计为不断发展的平面光学在消色差问题上提供了一种解决方法,同时也一定程度上引导了连续宽光谱消色差元件的设计,具有重要意义。     

平板菲涅尔透镜设计及组合优化方法

为了解决传统的球面菲涅尔透镜模具加工工艺难度大、精度低、制作成本高等问题, 提出一种中心透镜为球面、外侧环带为倾斜面的平板菲涅尔透镜的设计方法, 并进行了基于多平面拟合和基于多焦点的组合优化设计, 给出了具体设计实例, 进行了光学仿真.结果表明:优化后菲涅尔透镜聚光效率达93%, 聚焦光斑能量均匀性4.9, 满足设计要求.     

重构Zernike多项式在微透镜测量中的应用

为了正确的评价微光学透镜的质量,在哈特曼波前传感器测量原理的基础上,提出了基于Gram-Schmidt正交化方法,搭建了哈特曼传感器测量微透镜实验装置,进行了微透镜的实际测量,对获得参考透镜和被测透镜的波面数据进行了处理分析.实验结果表明：利用对Zernike多项式重构波前信息,得到了被测微透镜的波前及像差参数.     

基于复色共焦的透明材料厚度测量系统研究

研究了基于复色共焦技术的透明材料厚度测量系统。对透明材料厚度复色共焦测量的原理进行了分析,建立了厚度测量模型,设计了实施方案,完成了各分系统的设计与调试。在实验样机平台上进行了一系列数据的测量。结果表明,所设计的复色共焦透明材料厚度检测系统的测量范围在1～20mm以内,精度在±0.005mm,测量速度在每秒2000次以上,实验表明该系统满足设计要求,可以实现透明材料快速在线高精度的检测。     

菲涅尔聚光透镜的一般设计方法及效率分析

针对各种类型的Fresnel透镜的设计方法,从弧形基面Fresnel透镜的结构设计出发,通过对不同楞型条件的推导,从而获得能够适应各种类型Fresnel透镜结构设计的统一的设计公式。并据此,提出了Fresnel透镜效率计算方法,对目前常用Fresnel透镜的光学效率进行分析对比,对其适用性和优缺点作了定性评价。     

组合透镜对半导体激光器光束整形分析及应用

针对二极管激光器发出的光束在快慢轴方向发散角不同和现有的半导体激光器光束的整形方法的成本较高,提出了利用几何光学的方法,采用双曲面透镜-微透镜-椭圆柱面-平面-平面-圆柱面透镜组合,最终将光束变成宽度很窄的平行光,进入光纤.该方案具有设备简单,可控参数较多等优点.     

长光程大气模拟池中微位移机构设计及精度分析

本文总结了长光程大气模拟池中微位移机构的设计工作。文中对微位移机构的设计依据、功能、主要技术参数及机构的传递函数作了详细分析,最后对机构的精度作了粗略的分析。     

轴向梯度介质平板的光学性质及透镜设计问题

本文讨论了轴向梯度介质中的光线微分方程的解及轴向梯度平板的光学性质,同时也讨论了利用这种介质进行透镜设计问题。     

环焦天线的性能分析与设计研究

介绍了用于小型卫星地面站的环焦天线 ;用几何光学法分析了该天线的性能 ;并对副面形状分别为椭圆形及双曲面形的 2种环焦天线的设计方法进行了研究 ;比较了这 2种天线的设计差异 ,列出了设计的几何关系式。研究结果表明 :这 2种天线结构紧凑 ,具有良好的输入驻波特性 ,且设计方法简单 ,具有较好的应用前景。     

直升机旋翼共锥度测量系统的设计与实现

直升机旋翼的共锥度是影响直升机机动性能方面很重要的指标,针对过去对直升机旋翼共锥度的测量存在的测量难度大、精度差等一系列问题,主要介绍了利用光电技术构建的直升机旋翼共锥度测量系统的设计与实现,并对共锥度测量的原理和测量系统的设计及精度分析做了详细的讨论.最后对此测量系统进行了模拟试验,得到的共锥度测量数据误差很小,并且系统很稳定,证实了此测量系统的可行性.     

内嵌式微球透镜的光纤飞秒激光加工技术及应用

利用聚焦的高重复频率飞秒脉冲在聚甲基丙烯酸甲酯薄片内部制作了具有优良光学性能的微球凸透镜及微球凹透镜.微球凸透镜的加工原理是基于飞秒激光诱致折射率变化机制,而微球凹透镜的制作是基于多光子效应及高重频激光脉冲序列的热积累效应.以微球凹透镜为例,对比了不同聚焦条件下制作微球透镜的加工效率及效果,讨论了选择聚焦透镜所需综合考虑的因素.提出了采用本方法可针对特定的应用需求设计并精确制作微光学系统.最后,讨论了内嵌式微透镜在微流控器件中增强荧光信号收集能力与成像能力的潜在应用价值,以及单步制作功能集成的微流控芯片的可能性.     

环面焦斑全内反射菲涅尔透镜设计及分析

为了减小由热斑效应带来的损失,增加太阳能转换效率,克服二次镜带来的菲涅尔损失,以及由大口径和几何聚光比带来的焦斑不均匀的问题,设计了环面焦斑全内反射菲涅尔透镜.环面焦斑全内反射菲涅尔透镜由两部分组成,里面是环面焦斑太阳能透镜,外面是二次全反射棱镜.用Tracepro模拟和比较具有相同通光面积的普通菲涅尔透镜和环面焦斑全内反射菲涅尔透镜的光照度,结果表明,环面焦斑全内反射菲涅尔透镜具有较高的光能利用率和均匀性.     

高效大尺寸短焦距菲涅尔透镜设计

为减少聚光太阳能系统中太阳能电池面积和聚光系统体积,缩短系统纵向尺寸和降低系统成本,采用分区方法设计大口径、短焦距、高聚光比的菲涅尔透镜.把圆形或方形菲涅尔透镜分成中心区、折射区及全反射区,推导了分区法计算公式.用该方法设计了一个焦径比为0.75、聚光比为1000的高聚光比菲涅尔透镜,用Trace Pro软件对设计的菲涅尔透镜进行了光学仿真,聚光效率可达88.75%.该菲涅尔透镜具有焦距短、高聚光比、高效率、易加工等优点,可降低系统的体积及成本.     

Ce和Tb共掺杂多硼酸盐荧光体的光谱特性

采用高温固相法合成了Zn4B6O13:Ce/Tb和Ca3B7O13Cl:Ce/Tb光致发光材料,它们的发射光谱峰值分别位于542 nm和553 nm绿光区,并都归属Tb 3 的5D4→7F5特征能级跃迁,由于基质的组成不同,Tb3 的发射位置有所差异.依据Dexter理论分析,确定了在这两种不同基质中存在Ce3 →Tb3 的能量传递,且Ce3 是Tb3 的高效敏化剂.